DIN CEN/TS Vornorm Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand. Für jede Anwendung das richtige Produkt

Transkript

1 DIN CEN/TS Vornorm Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand Für jede Anwendung das richtige Produkt

2 2 Vornorm Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand Vornorm DIN CEN/TS : Prüfung von Festbeton Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand Abwitterung Anspruchsvolle Betonbauwerke erfordern das zielsichere Einstellen von vorgegebenen Frisch- und Festbetoneigenschaften. Neben der Festigkeit muss auch die Dauerhaftigkeit gewährleistet sein. Dauerhaftigkeit Um für Betone neben den geforderten Festigkeiten auch die Dauerhaftigkeit über den geplanten Nutzungszeitraum abzusichern, erfolgt für Bauteile nach der Betonnorm EN 206 die Zuordnung von Expositionsklassen, die jeweils bestimmte Einflüsse aus der Umgebung widerspiegeln. Entsprechend dieser Expositionsklassen wurden Grenzwerte bezüglich Mindestfestigkeitsklasse, Mindestzementgehalt und maximalem w/z-wert festgelegt, bei deren Einhaltung in der Standardanwendung ohne weiteren Nachweis von einer gesicherten Dauerhaftigkeit ausgegangen wird (Description-Prinzip/Abb. 1). Dennoch kann in einigen Anwendungsfällen und auch bei der Entwicklung neuer Baustoffe und Stoffkombinationen der Nachweis spezieller Eigenschaften durch Laborprüfungen notwendig werden (Performance-Prinzip). Dabei ist immer zu berücksichtigen, dass bei allen Prüfungen im Labor Langzeitbelastungen in stark verkürzten Zeiträumen simuliert werden sollen, was notwendigerweise die Verschärfung mindestens eines Einflussfaktors zur Folge haben muss. Fachkompetenz ist notwendig, um zu beurteilen, ob die dann ablaufenden Reaktionsmechanismen den in der Praxis auftretenden tatsächlich entsprechen und damit die Laborergebnisse auf die praktische Anwendung übertragbar sind. Der direkte Nachweis von Eigenschaften eröffnet weiteren Handlungsspielraum bei der Zusammensetzung der Betone. X XC XD und XS XF XA XM Expositionsklasse Keine Anforderung Carbonatisierung Chloride aus z. B. Tausalzen oder Meerwasser Frost mit und ohne Taumittel Chemischer Angriff Verschleiß Abb. 1: Dauerhaftigkeit Deskriptive Anforderungen EN 206/DIN zur Gewährleistung der Dauerhaftigkeit: Mindestfestigkeitsklasse maximaler w/z-wert Mindestzementgehalt Luftporengehalt (LP) Prüfverfahren Referenzprüfverfahren Alternativprüfverfahren Plattenprüfverfahren (Slab-Test) Würfelprüfverfahren (VDZ-Verfahren) CDF-Verfahren (RILEM Recommendation) Prüffläche Schnittfläche von vier halben Oberfläche von vier Würfeln Schalfläche (Teflon) von fünf halben Würfeln KL 150 mm senkrecht KL 100 mm Würfeln KL 150 mm senkrecht zur zur Fertigungsfläche oder Bau- Fertigungsoberfläche oder Bauteilteiloberfläche von Bohrkernen oberfläche Probenabdichtung Seitlich und unten mit Gummi Keine Seitlich abgedichtet mit Butylabgedichtet und gedämmt kautschukfolie oder Epoxidharz Aufbringen der Probe überschichtet Probe vollständig eingelagert Probe 1 cm eingetaucht Prüflösung Prüflösung 3%ige NaCl-Lösung 3%ige NaCl-Lösung 3%ige NaCl-Lösung Angriffsrichtung Von oben Von allen Seiten Von unten Behandlung der Proben 3 Tage mit 3 mm Wasser 24 Stunden in Prüfflüssigkeit 7 Tage kapillares Saugen der vor Frostbeginn überschichtet Prüfflüssigkeit Prüfbeginn im Alter von 28 Tagen 28 Tagen 28 Tagen Frostbeginn im Alter von 31 Tagen 28 Tagen 35 Tagen Temperaturwechsel +20 C und 20 C +/-2K +20 C und -15 C +20 C und -20 C +/-1K zwischen Dauer 1 FTW 24 Stunden 24 Stunden 12 Stunden Anzahl der FTW Beurteilungskriterium 1,0 kg/m 2 3 Gew.-% 1,5 kg/m 2 Gesamtabwitterung Tabelle 1: Vergleich der Prüfverfahren für Frost-Tausalz-Widerstand nach DIN CEN/TS (Vornorm August 2006)

3 3 Vornorm Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand Dünnschliff eines LP-Betons mit homogen verteilten Mikroluftporen (gelb). Ein optimal ausgebildetes Luftporensystem erhöht den Frost-Tausalz-Widerstand. Die Ermittlung der entsprechenden Festbetonkennwerte Mikroluftporengehalt und Abstandsfaktor kann auch am Dünnschliff erfolgen. Die Methode der Bestimmung der Luftporenkennwerte am Festbeton nach DIN EN ist bei LP-Betonen als genormtes Verfahren zu berücksichtigen. Prüfverfahren für Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand Die Prüfung des Frost- und Frost-Tausalz-Widerstandes gehört zu den ersten Betonprüfverfahren, die europäisch genormt werden. Die bereits vorliegende Vornorm DIN CEN/TS enthält für die Prüfung von Festbeton an gesondert hergestellten Probekörpern drei verschiedene Methoden: das vom Swedish Standard SS abgeleitete Plattenprüfverfahren ( Slab-Test ) als Referenzprüfverfahren sowie das Würfelprüfverfahren (VDZ- Verfahren) und den CF/CDF-Test als alternative Prüfverfahren (siehe auch Tabelle 1). Neben dem Test an gesondert hergestellten Probekörpern, bei dem entweder eine speziell vorbereitete Schalfläche oder eine Schnittfläche geprüft wird, ist alternativ auch der Test an aus Bauwerken entnommenen Proben oder Betonwaren möglich, wobei hier die tatsächlich der Belastung ausgesetzte Oberfläche im Test bewittert wird. 1 mm Prüfverfahren Die verschiedenen Prüfverfahren führen an dem gleichen Beton nicht immer zu dem gleichen Ergebnis. Das beruht unter anderem darauf, dass zur Beschleunigung eines eventuellen Schädigungsprozesses nicht die gleichen Einflussfaktoren verstärkt werden. Die daraus resultierenden unterschiedlichen Belastungen und verschiedenen Mechanismen führen dann auch zu verschiedenen Schädigungsgraden. Mit der Festlegung des jeweiligen Abnahmekriteriums für das Prüfverfahren sollte dann aber eine einheitliche Beurteilung des Betons erreicht werden. Wie parallele Untersuchungen mit den verschiedenen Verfahren zeigen, ist das jedoch nicht immer der Fall (Abb. 2). Das Prüfverfahren, das die Belastungen im Anwendungsfall am besten widerspiegelt, sollte als maßgebend betrachtet werden. Bewertung der Prüfergebnisse Um die mit dem jeweiligen Prüfverfahren gewonnenen Prüfergebnisse richtig bewerten zu können, sind verschiedene Aspekte zu berücksichtigen. Neben dem Einfluss des gewählten Verfahrens sind dies insbesondere der Prüfzeitpunkt, die Probenvorbereitung sowie die Prüffläche. Betonzusammensetzung/Prüfzeitpunkt Ein weiterer Aspekt, der bei der Beurteilung von Ergebnissen aus Frost- und Frost-Tausalz-Prüfungen berücksichtigt werden muss, ist die stoffliche Zusammensetzung des Betons und die dadurch beeinflusste Gefügeausbildung. Die stoffliche Zusammensetzung beeinflusst: Hydratationsgrad Hydratationsprodukte Carbonatisierungsverhalten Fotos: Technical Service Office CEMEX Plattenprüfverfahren: Proben im Prüfschrank Würfelprüfverfahren: Behälter vor der Prüfung ohne Prüfflüssigkeit CDF-Verfahren: Prüftruhe

4 4 Zur Beurteilung der: Betonzusammensetzung verfahrensbedingten Oberflächenausbildung Schnittfläche/ Schalfläche mit Teflonplatte Bauteiloberfläche / ggf. speziell vorbereitete Testfläche nicht: abgezogene Probekörperoberfläche Abb. 2: Wahl der Prüffläche Betone mit hüttensandhaltigen Zementen weisen im Vergleich zu CEM I-gebundenen Betonen einen anderen Hydratationsverlauf auf, wobei der Hüttensandgehalt entscheidenden Einfluss hat. Zudem werden im Beton auch Hydratationsprodukte gebildet, die, insbesondere unter Laborbedingungen, zu einem veränderten Carbonatisierungverhalten führen. Die Vornorm DIN CEN/TS geht für alle Betone, unabhängig von der Zusammensetzung und Art des Bindemittels, von einem Beginn des Prüfzyklus im Alter von 28 Tagen aus. Damit wird aber weder dem unterschiedlichen Hydratationsgrad noch dem veränderten Carbonatisierungsverhalten Rechnung getragen. Alternativ dürfen auch andere Prüfzeitpunkte gewählt werden. Werden aus Bauwerken mit Betonen auf der Basis von Hochofenzement Proben für die Prüfung des Frost-Tausalz- Widerstandes entnommen, so kann zum Nachweis der tatsächlichen Leistungsfähigkeit ein späterer Prüfzeitpunkt sinnvoll sein (die zwischen Kernentnahme und Prüfung notwendige Zwischenlagerung im Laborklima soll dabei den in der Norm angegebenen Zeitraum nicht überschreiten). Werden jedoch aus dem gleichen Beton hergestellte Laborprobekörper zu einem späteren Zeitpunkt geprüft, so kann das Prüfergebnis aufgrund der praxisfremden Lagerung sogar schlechter ausfallen und zu einer unrealistischen Beurteilung führen. Es besteht kein zwangsläufiger Zusammenhang zwischen Festigkeit und Frost-Tausalz-Widerstand, denn bei gleicher Druckfestigkeit können verschiedene Betone unterschiedliche Hydratationsgrade und Porenstrukturen aufweisen, die das Saugvermögen und damit das Abwitterungsverhalten wesentlich beeinflussen. Prüffläche Bei der Wahl der Prüffläche ist entscheidend, ob im Ergebnis der Beton, d. h. seine Zusammensetzung, oder die mit einem bestimmten Verfahren hergestellte Oberfläche beurteilt werden soll (siehe Abb. 2). Die Prüfung an Schnitt- oder Schalflächen liefert oft prinzipiell andere Ergebnisse als die Prüfung der nicht geschalten Fertigungsoberfläche mit Besenstrich oder Waschbetontextur (siehe Abb. 3 und Abb. 4). Für die Beurteilung der Betonzusammensetzung und ggf. geschalter Bauteiloberflächen sind Schnitt- und spezielle Schalflächen (mit Teflon-Platte) geeignet und in der Vornorm DIN CEN/TS allgemein vorgegeben. Soll gleichzeitig neben der Betonzusammensetzung auch die mit einem bestimmten Herstellungsverfahren erzeugte, ungeschalte Oberfläche eines Bauteils beurteilt werden, so ist nur eine Prüfung der Oberfläche von aus dem Bauwerk entnommenen Proben zu empfehlen. Abwitterung in g/m Slab-Test CDF-Test Abnahmekriterium-CDF-Test Abnahmekriterium-Slab-Test 0 Alter: 28 d 56 d 28 d Prüffläche: Schnitt/Teflon Schnitt/Teflon abgezogene Oberfläche Abwitterung in % Oberfläche Schalfläche Schnitt- Wasch- Besenstrich Teflon fläche beton Abb. 3: Bestimmung des Frost-Tausalz-Widerstandes an CEM-III-Betonen mittels Slab-Test (Plattenprüfverfahren) und CDF-Test an Schnittflächen, mit Teflon geschalten Seitenflächen und abgezogenen Oberflächen Abb. 4: CDF-Test an verschieden hergestellten Betonoberflächen mit CEM II/B-S 42,5 (N) st (Waschbetonzusammensetzung für Fahrbahndecken)

5 5 Laborprüfungen zur Abschätzung der Dauerhaftigkeit Kritischer Umgang mit Prüfverfahren Klärung der Übertragbarkeit der Prüfergebnisse auf die Praxis Wahl des Verfahrens entsprechend der praktischen Anwendung Fachkundige Bewertung der Ergebnisse Nutzung von Erkenntnissen aus Praxiseinsatz Eine Voraussetzung für schadenfreies Bauen Auswahl und Bewertung von Laborprüfungen Die abgezogenen, ggf. mit einer besonderen Struktur versehenen Oberflächen gesondert hergestellter Proben entsprechen meist nicht der tatsächlichen Bauwerkoberfläche. Das kann zu schlechteren Prüfwerten führen, die mit der tatsächlichen Oberflächenqualität am Bauwerk nicht korrelieren (siehe Abb. 3). Bei der Bewertung der Prüfergebnisse, die an ungeschalten Oberflächen gewonnen werden, ist neben der Gesamtabwitterung eine Beurteilung des Abwitterungsverlaufes zu empfehlen. Innerhalb der ersten Frost-Tau-Wechsel können ggf. höhere Abwitterungsraten auftreten, die auf eine für die Nutzung nicht relevante Veränderung einer sehr dünnen Oberflächenschicht (< 0,2 mm) während der ersten 24 Stunden zurückzuführen sind. Erst der weitere abgeflachte lineare oder degressive Abwitterungsverlauf verweist dann auf die eigentliche gute Qualität des Betons. Progressive Kurvenverläufe innerhalb des definierten Prüfzeitraumes hingegen repräsentieren eine zunehmende Schädigung. Eine leicht erhöhte Anfangsabwitterung kann auch auf an der Oberfläche anhaftende Rückstände, z. B. von Nachbehandlungsmitteln, und auf in der Folge dort angereicherte Carbonate zurückzuführen sein, die ebenfalls für die Beurteilung der Betonqualität nicht relevant sind (Abb. 5). Eine entsprechende Vorreinigung der Prüfflächen vor Untersuchungsbeginn kann solche Beeinträchtigungen des Prüfergebnisses vermeiden. Visuelle Beurteilung Bei der Durchführung der Prüfung und Bewertung der Prüfergebnisse ist die visuelle Beurteilung der Proben sehr wichtig. So ist beim CDF-Test und beim Plattenprüfverfahren, vor allem bei stärker carbonatisierten Proben, ein Ablösen der seitlichen Abdichtung möglich (siehe Abb. 6). Die dadurch vergrößerte Abwitterungsfläche führt zu verfälschten Abwitterungsmengen und beim Plattenprüfverfahren zu einem Verlust der Prüflösung, sodass keine richtige Beurteilung des Betons mehr möglich ist. Fazit Werden zur Sicherung der Dauerhaftigkeit von Bauwerken über die deskriptiven Anforderungen hinausgehend Laborprüfungen erforderlich (Performance-Prinzip), sind diese unter Berücksichtigung der praktischen Anwendung zu planen und die Ergebnisse entsprechend zu bewerten. Der Nachweis für die Übertragbarkeit von Ergebnissen der Laborprüfverfahren auf Praxisverhältnisse ist nicht immer eindeutig und meist nur durch parallele Langzeitmessungen an frei gelagerten Proben möglich. Eine fachkundige Auswahl der Prüfverfahren und die Festlegung angemessener Bewertungskriterien sind die Voraussetzungen für praxistaugliche Ergebnisse. Der kritische Umgang mit Prüfverfahren und die Nutzung gesicherter Erkenntnisse aus mehrjährigem Praxiseinsatz fördern das schadenfreie Bauen. Abwitterung in g/m ohne NB-Mittel mit NB-Mittel Abdichtung mit Epoxidharz Aluminiumfolie mit Butylkautschukbeschichtung Anzahl der FTW Abb. 5: Abwitterungsverlauf von Fahrbahndeckenbetonen mit und ohne Nachbehandlungsmittelschicht auf der Oberfläche beim CDF-Test Abb. 6: Ablösen der abdichtenden Schicht an Proben nach der CDF-Prüfung

6 Wir beraten Sie: Vertriebsbüro West CEMEX WestZement GmbH CEMEX HüttenZement GmbH Am Kollenbach Beckum Tel.: ( ) Fax: ( ) Vertriebsbüro Ost CEMEX OstZement GmbH Frankfurter Chaussee Rüdersdorf bei Berlin Tel.: ( ) Fax: ( ) Vertrieb Anwendungstechnik CEMEX WestZement GmbH CEMEX HüttenZement GmbH Im Karrenberg Dortmund Tel.: (02 31) Fax: (02 31) Anwendungstechnik CEMEX OstZement GmbH Frankfurter Chaussee Rüdersdorf bei Berlin Tel.: ( ) Fax: ( ) Anwendungstechnik de-awt.zement@cemex.com Unsere Beratung erfolgt unentgeltlich. Auskünfte, Ratschläge und Hinweise geben wir nach bestem Wissen. Wir haften hierfür auch für eine pflichtwidrige Unterlassung nur bei grobem Verschulden, es sei denn, eine Beratung wird im Einzelfall vom Empfänger unter Hinweis auf ihre besondere Bedeutung schriftlich erbeten und erteilt. kundenservice.de@cemex.com Achtung! Neue Telefonnummer! Kundenservice-Center Telefon ,20 /Verbindung aus dem deutschen Festnetz, Mobilfunk max. 0,60 /Verbindung Fotos: Titelseite gr. Foto: Grafik-Design H. Ewald, kl. Fotos: CEMEX Zement Stand 07/2013